(57)【要約】【課題】コンタクトホール形成時に生成されるエッチング残渣の多くを除去することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、シリコン基板１０を準備し、シリコン基板上に絶縁膜２０を堆積し、絶縁膜をエッチングすることによってシリコン基板へ達するコンタクトホール３０を形成し、シリコンエッチング工程およびシリコン酸化膜エッチング工程の両方を用いてコンタクトホールの底部に残るエッチング残渣５０を除去する。【選択図】図４
2007324198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板を準備し、
前記シリコン基板上に絶縁膜を堆積し、
前記絶縁膜をエッチングすることによって前記シリコン基板へ達するコンタクトホールを形成し、
シリコンエッチング工程およびシリコン酸化膜エッチング工程の両方を用いて前記コンタクトホールの底部に残るエッチング残渣を除去することを具備する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
シリコン基板を準備し、
前記シリコン基板上に絶縁膜を堆積し、
前記絶縁膜をエッチングすることによってコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールの側面に前記絶縁膜のエッチングを防止するエッチングバリアを形成し、
シリコンエッチング工程およびシリコン酸化膜エッチング工程の両方を用いて前記コンタクトホールの底部に残るエッチング残渣を除去することを具備する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
シリコン基板を準備し、
前記シリコン基板上に絶縁膜を堆積し、
前記絶縁膜をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法でエッチングすることによって前記シリコン基板へ達するコンタクトホールを形成し、
アッシングおよび硫酸過水を用いて、前記コンタクトホールの底部に残存するエッチング残渣から炭素およびフッ素を含む生成物を除去し、
シリコンエッチング工程およびシリコン酸化膜エッチング工程の両方を用いて前記エッチング残渣を除去することを具備する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記シリコンエッチング工程は、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＮＦ３、ＳＦ６、Ｏ２、Ｂｒ２、ＨＢｒ、Ａｒ、Ｎ２を含むドライエッチングまたは硝酸、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＴＭＨを含む薬液を使用したウェットエッチング工程であり、該ウェットエッチング工程後に、前記シリコン酸化膜エッチング工程を実行することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記シリコン酸化膜エッチング工程は、ＮＦ３、ＮＨ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｈ２、Ａｒ、Ｎ２、ＨＣｌを含むガスを使用したドライエッチング工程またはＢＨＦ、ＤＨＦ、ＮＨ４ＯＨ、ＨＦ、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２を含む薬液を使用したドライエッチング工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板上の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程では、一般に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）が用いられる。ＲＩＥで層間絶縁膜をエッチングすると、コンタクトホールの底部にエッチング残渣が残ることが知られている。このエッチング残渣は、配線とシリコン基板との間のコンタクト抵抗を上昇させるので、除去されることが好ましい。
【０００３】
従来、このシリコン残渣は、ＲＩＥのエッチャントとして用いられる炭素（Ｃ）やフッ素（Ｆ）の化合物から構成されているものと考えられていた。従って、エッチング残渣を除去するために、まず、アッシング（ashing）工程および硫酸過水（Ｈ２ＳＯ４＋Ｈ２Ｏ２）に晒す工程（以下、ＳＨ工程ともいう）によって炭素を含むエッチング残渣を除去していた。この工程及び大気中の水分や酸素により、コンタクトホールの低部には、シリコン酸化膜が残存しているものと考えられていた。このため、次に、希フッ酸（ＤＨＦ（Diluted HF））もしくはバッファドフッ酸（ＢＨＦ（Buffered HF））を用いたウェットエッチング、または、アンモニアガスもしくはフッ酸ガス（vapor HF）を用いたドライエッチングによってシリコン酸化膜を除去していた。
【０００４】
しかし、このような従来の工程では、コンタクト抵抗を或る程度低減する効果はあるものの、実際には、エッチング残渣の多くを除去するものではなかった。
【特許文献１】特開２００３−１２４３０８号公報
【特許文献２】特開２００１−２６７２９４号公報
【特許文献３】特開平８−２０３８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コンタクトホール形成時に生成されるエッチング残渣の多くを除去することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る実施形態に従った半導体装置の製造方法は、シリコン基板を準備し、前記シリコン基板上に絶縁膜を堆積し、前記絶縁膜をエッチングすることによって前記シリコン基板へ達するコンタクトホールを形成し、シリコンエッチング工程およびシリコン酸化膜エッチング工程の両方を用いて前記コンタクトホールの底部に残るエッチング残渣を除去することを具備する。
【０００７】
本発明に係る他の実施形態に従った半導体装置の製造方法は、シリコン基板を準備し、前記シリコン基板上に絶縁膜を堆積し、前記絶縁膜をエッチングすることによってコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールの側面に前記絶縁膜のエッチングを防止するエッチングバリアを形成し、シリコンエッチング工程およびシリコン酸化膜エッチング工程の両方を用いて前記コンタクトホールの底部に残るエッチング残渣を除去することを具備する。
【０００８】
本発明に係るさらに他の実施形態に従った半導体装置の製造方法は、シリコン基板を準備し、前記シリコン基板上に絶縁膜を堆積し、前記絶縁膜をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法でエッチングすることによって前記シリコン基板へ達するコンタクトホールを形成し、アッシングおよび硫酸過水を用いて、前記コンタクトホールの底部に残存するエッチング残渣から炭素およびフッ素を含む生成物を除去し、シリコンエッチング工程およびシリコン酸化膜エッチング工程の両方を用いて前記エッチング残渣を除去することを具備する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による半導体装置の製造方法は、コンタクトホール形成時に生成されるエッチング残渣の多くを除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１から図６は、本発明に係る第１の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図である。まず、図１に示すように、シリコン基板１０を準備する。シリコン基板１０の表面に拡散層やゲート電極等が形成された後、図２に示すように、シリコン基板１０上に絶縁膜としてシリコン酸化膜２０を堆積する。次に、リソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして用いてＲＩＥでシリコン酸化膜２０をエッチングし、それによりシリコン基板１０へ達するコンタクトホール３０を形成する。ここで、シリコン酸化膜２０のエッチングに用いられるＲＩＥは、ＣｘＦｙ（ｘおよびｙは正数）を含むガスによって実行される。
【００１２】
このとき、ＲＩＥのエッチャントとシリコン酸化膜２０との反応により生成されるエッチング残渣４０がコンタクトホール３０の底部に残存する。エッチング残渣４０は、電子エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ（Electron Energy-Loss Spectroscopy））またはエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ ( Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy)）による分析によって、炭素、フッ素およびシリコンから生成される化合物であることが分かった。エッチング残渣４０内のシリコン成分は、シリコン酸化膜２０またはシリコン基板１０から生じたものと考えられる。炭素およびフッ素は、ＲＩＥ工程でのエッチャント（ＣｘＦｙ）から生じたものと考えられる。
【００１３】
そこで、アッシングおよび硫酸過水（Ｈ２ＳＯ４＋Ｈ２Ｏ２）を用いて、エッチング残渣４０のうち炭素やフッ素を含む生成物を除去する。このとき、エッチング残渣４０は、図４に示すように、残渣５０に変質する。ＥＥＬＳまたはＥＤＸを用いて残渣５０を分析すると、残渣５０は、シリコンと微量の酸素とから構成されていることが分かった。即ち、従来、残渣５０は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）と考えられていたが、実際には、そのほとんどがシリコンであり、酸素の比率は、非常に低いことが分かった。例えば、ＳｉＯＸ（Ｘ＜1）である。
【００１４】
このアッシング工程で用いられる酸素によって炭素はエッチング残渣４０から除かれ、フッ素はＦ２のような蒸気圧の高いものに変化して除去される。しかし、シリコンは酸化によりシリコン基板と強固に結合されてしまい残渣として残ってしまう。さらに、アッシング工程後の硫酸過水工程（ＳＨ工程）でも酸化が進み残渣５０がシリコン基板と強固に結合されてしまう。アッシング工程およびＳＨ工程は、エッチング残渣４０を低温で酸化するため、残渣５０の組成はそのほとんどシリコンであり、そのシリコンに微量の酸素が含まれた組成となっている。
【００１５】
従って、本発明の発明者は、シリコン酸化膜エッチング工程を単に施しただけでは充分に残渣５０の除去をすることができないことを見出した。本発明の発明者は、まずシリコンエッチング工程を施し、次に、シリコン酸化膜エッチング工程を施すことによって残渣５０のほとんどを除去可能であることを見出した。シリコンエッチング工程は、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＮＦ３、ＳＦ６、Ｏ２、Ｂｒ２、ＨＢｒ、Ａｒ、またはＮ２等を含むガスを用いたドライエッチングまたは硝酸、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、またはＴＭＨ等を含む薬液を用いたウェットエッチングでよい。シリコン酸化膜エッチング工程は、例えば、ＮＦ３、ＮＨ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｈ２、Ａｒ、Ｎ２、またはＨＣｌ等を含むガスを使用したドライエッチング工程またはＢＨＦ、ＤＨＦ、ＮＨ４ＯＨ、ＨＦ、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ、またはＨ２Ｏ２を含む薬液を使用したドライエッチング工程でよい。
【００１６】
このように、シリコンエッチング工程およびシリコン酸化膜エッチング工程の両方を用いることによって、図５に示すようにコンタクトホール３０の底部の残渣５０が除去される。
【００１７】
次に、図６に示すように、コンタクトバリアメタルとしてチタン（Ｔｉ）膜または窒化チタン（ＴｉＮ）膜（以下、Ｔｉ／ＴｉＮ膜という）６０を堆積する。Ｔｉ／ＴｉＮ膜６０は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）またはＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)を用いて堆積される。本実施形態において、上記のシリコンエッチング工程およびシリコン酸化膜エッチング工程は、Ｔｉ／ＴｉＮ膜６０の形成工程の前処理として用いられている。
【００１８】
次に、メタル配線としてのタングステン（Ｗ）配線７０をＴｉ／ＴｉＮ膜６０上に堆積する。その後、公知の方法を用いて、半導体装置が完成される。
【００１９】
本実施形態において、シリコンエッチング工程の後に、シリコン酸化膜エッチング工程を行っていた。しかし、シリコンエッチング工程としてＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＮＦ３、ＳＦ６、Ｏ２、Ｂｒ２、ＨＢｒ、Ａｒ、またはＮ２等を用いたドライエッチングを用いる場合には、シリコン酸化膜エッチング工程の後に、シリコンエッチング工程を行ってもよい。これは、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＮＦ３、ＳＦ６、Ｏ２、Ｂｒ２、ＨＢｒ、Ａｒ、またはＮ２等を用いたドライエッチングが、シリコンを酸化することなくエッチングすることができるからである。
【００２０】
一方、硝酸、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、またはＴＭＨ等を含む薬液を用いたウェットエッチングは、シリコンを酸化しながらエッチングするため、残渣５０のエッチング後、シリコン基板１０上に酸化膜が残りやすい。従って、シリコンエッチング工程として硝酸、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、またはＴＭＨ等を含む薬液によるウェットエッチングを用いる場合には、シリコンエッチング工程の実行後、シリコン酸化膜エッチングを実行することが好ましい。
【００２１】
本実施形態によれば、コンタクトホール３０の底部の残渣５０を除去するために、シリコン酸化膜エッチング工程だけでなく、シリコンエッチング工程をも用いている。これにより、コンタクトホール３０の底部の残渣５０をほとんど除去することができるので、コンタクト抵抗を低減させることができ、尚且つ、コンタクト抵抗のばらつきを低減させることができる。
【００２２】
基板バイアスを利用しないＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法でバリアメタルを形成する場合に、本実施形態は特に有効である。基板バイアスを利用する堆積方法を用いた場合、残渣５０は、通常、その基板バイアスによって引き付けられた堆積用のガスによって除去される場合が多いが、バイアスを利用しない堆積方法を用いた場合、残渣５０は除去されないからである。
【００２３】
（第２の実施形態）
図７から図１２は、本発明に係る第２の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図である。本実施形態では、図１および図２を参照して説明した工程の後、エッチングホール３０形成工程において、図７に示すようにシリコン基板１０の表面上にシリコン酸化膜２１を残存させる。シリコン酸化膜２１はシリコン酸化膜２０の一部である。シリコン酸化膜２１は、後のエッチング工程においてシリコン基板１０を保護するために設けられている。
【００２４】
次に、図８に示すように、コンタクトホール３０の側面、および、シリコン酸化膜２０、２１上に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）またはシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ）（以下、ＳｉＮ／ＳｉＣＮ膜という）８０を堆積する。ＳｉＮ／ＳｉＣＮ膜８０は、コンタクトホール３０の側面に設けられることによって後の工程でシリコン酸化膜２０がエッチングされることを防止する。
【００２５】
次に、図９に示すように、ＲＩＥを用いてＳｉＮ／ＳｉＣＮ膜８０およびシリコン酸化膜２１をエッチバックする。これにより、シリコン酸化膜２０の上面上のＳｉＮ／ＳｉＣＮ膜８０、シリコン基板１０上のＳｉＮ／ＳｉＣＮ膜８０およびシリコン基板１０上のシリコン酸化膜２１が除去される。この工程において、コンタクトホール３０の側面は、ＳｉＮ／ＳｉＣＮ膜８０によって被覆された状態を維持する。また、エッチング残渣４０がコンタクトホール３０の底部に残存する。
【００２６】
次に、第１の実施形態と同様に、アッシングおよび硫酸過水（Ｈ２ＳＯ４＋Ｈ２Ｏ２）を用いて、エッチング残渣４０のうち炭素やフッ素を含む生成物を除去する。このとき、エッチング残渣４０は、図１０に示すように、残渣５０に変質する。
【００２７】
さらに、第１の実施形態と同様に、シリコンエッチング工程およびシリコン酸化膜エッチング工程の両方を用いる。これにより、図１１に示すように、残渣５０が除去される。このとき、コンタクトホール３０の側面がＳｉＮ／ＳｉＣＮ膜８０によって被覆されている。よって、シリコン酸化膜エッチング工程においてコンタクトホール３０の側面は後退せず、コンタクトホール３０の径が大きくなることを防止することができる。
【００２８】
その後、図１２に示すように、コンタクトバリアメタルとしてＴｉ／ＴｉＮ膜６０を堆積し、メタル配線としてのタングステン（Ｗ）配線７０をＴｉ／ＴｉＮ膜６０上に堆積する。さらに、公知の方法を用いて、半導体装置が完成される。
【００２９】
第２の実施形態では、コンタクトホール３０の側面がＳｉＮ／ＳｉＣＮ膜８０によって被覆されているので、シリコン酸化膜エッチング工程においてコンタクトホール３０の径が大きくなることを防止することができる。さらに、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
コンタクトホール３０の形成工程において、シリコン酸化膜２１をシリコン基板１０上に残存させた。しかし、この工程において、コンタクトホール３０は、第１の実施形態と同様に、シリコン基板１０まで到達していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る第１の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図２】図１に続く、第１の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図３】図２に続く、第１の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図４】図３に続く、第１の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図５】図４に続く、第１の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図６】図５に続く、第１の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図７】本発明に係る第２の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図８】図７に続く、第２の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図９】図８に続く、第２の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図１０】図９に続く、第２の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図１１】図１０に続く、第２の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図１２】図１１に続く、第２の実施形態に従った半導体装置の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１０…シリコン基板
２０…シリコン絶縁膜
３０…コンタクトホール
４０、５０…エッチング残渣
６０…Ｔｉ／ＴｉＮ膜
７０…タングステン配線
８０…ＳｉＮ／ＳｉＣＮ膜
【図１】
2007324198.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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